复合微生物秸秆腐熟菌剂的筛选及其对毒死蜱残留的影响

发布时间：2017-12-22 04:21

  本文关键词：复合微生物秸秆腐熟菌剂的筛选及其对毒死蜱残留的影响　出处：《云南农业大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：中国是农业大国,每年有10亿t左右的种植业废弃物,60%以上的农作物秸秆被焚烧或是废弃,不仅严重污染环境,还浪费资源;毒死蜱(chlorpyrifos)是主要应用于害虫防治的一种广谱有机磷杀虫剂,作为全球应用最广泛的杀虫剂之一,其农业生产上的广泛应用在提高作物产量的同时也给食品安全带来了威胁,已对人类健康构成了严重危害。堆肥化生物修复有机污染技术,是利用功能微生物进行堆肥,同时再将农药等有机污染物降解,修复环境的一种工艺,该技术在修复农药等有机物污染环境中开始不断受到关注。采用微生物堆肥的方式将秸秆等农业废弃物制成生物有机肥料,同时将残留毒死蜱降解,不仅实现了毒死蜱残留污染环境的修复,也实现了农业有机废弃物的资源化和无害化,对农作物的食品安全也具有重要意义。本研究从自然生态环境中筛选到38株具有纤维素降解能力的菌株,从中筛选20株构建了25组复合微生物菌系。通过对25组复合菌系进行酶活研究,从中筛选到1组具有较好纤维素降解能力及环境耐受性的复合微生物菌系CM17,该菌系对毒死蜱也具有降解作用;将该菌系作为复合微生物菌剂接种到农业有机废弃物中进行堆肥,发现该复合菌剂不仅能促进堆肥,还能提高堆肥品质。该复合菌剂可应用于被毒死蜱污染的农业有机废弃物的堆肥化修复技术中,作为堆肥化生物修复毒死蜱污染技术的工程菌进一步深入探讨。本文主要研究内容如下:⑴采用纤维素限制性培养基,从腐殖土、湖泊底泥、粪土、牛粪4种自然生境中筛选到38株具有纤维素分解能力的菌株,利用3,5-二硝基水杨酸比色法(DNS)测定这些菌株在不同温度条件下的羧甲基纤维素(CMC)酶活,结果表明,38株菌在35℃、45℃和55℃条件下具有不同的CMC酶活,随着温度升高,菌株酶活呈现下降趋势,当温度为45℃时,各菌株的酶活较为活跃,随着温度升高到55℃,绝大多数菌株的酶活开始下降或是没有活性。⑵从38株菌中筛选出20株,分4组,按照4因素5水平正交组合,构建25组由4株菌组合成的复合微生物菌系,利用DNS法研究这些复合菌系在35℃、45℃、55℃、pH6、pH7.5、pH10的CMC酶活和在pH7.5,温度为35℃时的FPA滤纸酶活,结果发现CM17复合菌系在不同温度条件下和不同酸碱条件下的CMC酶活,以及其FPA滤纸酶活都较其他24组复合菌系表现活跃,其在35℃、45℃、55℃、pH6、pH7.5、pH10、FPA(pH7.5,温度为35℃)的酶活分别为130.260U/mL、107.747U/mL、95.429 U/m L、54.298U/mL、95.429U/mL、105.482U/mL、23.716U/mL。和其它24组复合菌系的酶活相比,CM17复合菌系具有较好的环境耐受性,能在不同温度、不同酸碱条件下保持较好的酶活特性,具有一定的酶活稳定性。⑶CM17复合菌系较单菌株更加有利于纤维素的分解,复合菌系菌株之间存在较好的协同降解作用。(1)在同等条件下崩解同等重量的滤纸,CM17复合菌系只要72h,CD53、LS14、TD21、CD52各菌株分别要7d、11d、15d、18d,复合菌系的纤维素分解效率至少是单菌株的2.33倍。(2)无论恒温还是变温培养,CM17复合菌系在培养过程中的p H变化不大,均在7-8之间;复合菌系在不同温度下的FPA酶活差异性不显著,温度变化对该菌系的纤维素降解能力影响不大,可能混合使得各菌株之间的协同作用加强了,从而降低了温度变化对其整体酶活的影响。(3)以滤纸作为唯一碳源,不同比例混合的CM17复合菌剂的72h滤纸崩解试验发现,当混合比例是1:1:1:1时,该复合菌剂具有最佳协同降解作用,也是制备该复合菌剂的最佳混合比例。⑷CM17复合菌系和CD53、LS14、TD21、CD52对毒死蜱残留存在影响。在p H7-8,35℃恒温振荡降解48h后,它们的降解率分别为73.78±16.74%、64.80±10.31%、73.07±9.13%、74.08±11.54%和74.73±8.30%。当初始毒死蜱含量为0.1μg/mL时,CM17复合菌剂、CD53菌剂、LS14菌剂、TD21菌剂和CD52菌剂对毒死蜱的降解率分别为91.58%、70.68%、79.25%、65%和66.6%;当初始毒死蜱含量为900μg/mL时,其降解率分别为70.53%、32.11%、61.04%、35.11%、52.10%。初始毒死蜱含量与菌株对毒死蜱的生物降解率之间呈负相关关系,初始毒死蜱含量越高,毒死蜱的生物降解率将会越低,较高含量的毒死蜱对菌株存在一定程度的毒害作用。CD53、LS14、TD21、CD52与CM17复合菌系对毒死蜱的降解的F-TEST差异程度分别为0.9523、0.1511、0.7952和0.1535,在对毒死蜱的生物降解作用上,CM17复合菌系各菌株之间协同作用关系不显著,其中CD52,LS14对毒死蜱都具有较好的生物降解作用。各菌株对毒死蜱降解作用强弱次序为CD52LS14TD21CD53;复合菌系在降解毒死蜱时,各菌株对毒死蜱的协同降解作用不显著。⑸设三个堆体(对照CK、接入CM17复合菌剂的堆体、接入市场常见菌剂NG的堆体),以农田蔬菜秸秆等有机废弃物作为原料,通过调节物料C/N在25:1~35:1之间、含水率在65%左右,pH在7-8之间,进行42d的堆肥发酵试验。结果发现相比于对照CK堆体,CM17堆体和NG堆体的全氮、全磷、全钾、容重,总孔隙度和持水孔隙度分别是CK堆体的126%、120%、119%、84%、115%、117%和140%、133%、119%、81%、121%、122%,并且升温较快,高温持续时间长,最高温度分别是61℃、63℃,CK堆体才53℃;在堆肥过程中,三个堆体的酸碱变化值都在中性及弱碱性范围波动,EC值、TN值、NH+4-N、NO-3-N、游离氨基酸等的含量变化趋势基本相似,42d发酵结束时,腐殖酸含量分别为13.1%、14.9%、15.7%。上述结果表明CM17复合菌剂能有效地促进和优化堆肥过程,迅速提高堆体温度,延长高温期时间,缩短腐熟周期,并能提高堆肥品质,增加N、P、K等的含量。⑹CM17复合微生物菌剂是具有毒死蜱降解能力和纤维素分解能力的多功能复合微生物菌剂,可应用于毒死蜱污染的有机物及土壤的无毒化修复,也可用于有机废弃物的堆肥腐熟还田,对堆肥化生物修复有机污染技术的应用具有重要的研究意义。
【学位授予单位】：云南农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X592;S141.4

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本文编号：1318415